문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

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439문제 · 22 / 22쪽

421.CLP-2 · 1.3절 · 23번우리말 번역

∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

피적분함수는 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 2\sqrt{2} 를 묶어 내자:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dx이 시점에서 부정적분이 F(x)=arcsin⁡(x2) 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{이 시점에서 부정적분이 $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$ 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand is similar to 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}. In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out 2\sqrt{2} from the denominator:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dxAt this point, we might guess that our antiderivative is something like F(x)=arcsin⁡(x2). To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2This is exactly what we want! So,∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{At this point, we might guess that our antiderivative is something like $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$. To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{This is exactly what we want! So,} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 22번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
422.CLP-2 · 1.3절 · 24번우리말 번역

∫tan⁡2x dx\displaystyle\int \tan^2 x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫tan⁡2x dx\displaystyle\int \tan^2 x \ \mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x\ \mathrm{d}x = \tan x +C 이고 sec⁡2x=tan⁡2x+1\sec^2x = \tan^2 x + 1 이므로

∫tan⁡2x dx=∫sec⁡2x−1 dx=∫sec⁡2x dx−∫1 dx=tan⁡x−x+C\begin{aligned} \int \tan^2 x\ \mathrm{d}x &= \int \sec^2x - 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\int \sec^2 x \ \mathrm{d}x - \int 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\tan x - x + C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We know that ∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x\ \mathrm{d}x = \tan x +C, and sec⁡2x=tan⁡2x+1\sec^2x = \tan^2 x + 1, so

∫tan⁡2x dx=∫sec⁡2x−1 dx=∫sec⁡2x dx−∫1 dx=tan⁡x−x+C\begin{aligned} \int \tan^2 x\ \mathrm{d}x &= \int \sec^2x - 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\int \sec^2 x \ \mathrm{d}x - \int 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\tan x - x + C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 23번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
423.CLP-2 · 1.3절 · 25번우리말 번역

∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x.

정답·풀이 보기
  • 풀이 1: 이 식은 언뜻 익숙한 함수의 도함수처럼 보이지는 않지만, 익숙한 삼각함수 항등식의 절반처럼 보인다. 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dx따라서 부정적분이 −cos⁡(2x) 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)따라서,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)그러므로,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{따라서 부정적분이 $-\cos(2x)$ 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{따라서,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{그러므로,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • 풀이 2: cos⁡x\cos x 가 sin⁡x\sin x 의 도함수이므로, 피적분함수가 연쇄 법칙에서 나온 식처럼 보인다는 점을 알아챌 수 있다. 이를 이용하여 부정적분을 구할 수 있다.

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡x따라서,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{따라서,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

이 두 답은 서로 다르게 보인다. 항등식 cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x) 을 이용하면 두 답이 같음을 알 수 있다.

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

여기서 34\frac{3}{4} 은 중요하지 않다. CC 는 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수를 나타낸다는 것을 기억하자. 따라서 C−34C-\frac{3}{4} 도 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수일 뿐이다. 우리가 구한 두 답은 상수만큼 차이가 나므로 서로 같다.

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1: This might not obviously look like the derivative of anything familiar, but it does look like half of a familiar trig identity: 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dxSo, we might guess that the antiderivative is something like −cos⁡(2x). We only need to figure out the constants.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)So,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)Therefore,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{So, we might guess that the antiderivative is something like $-\cos(2x)$. We only need to figure out the constants.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{So,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{Therefore,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • Solution 2: You might notice that the integrand looks like it came from the chain rule, since cos⁡x\cos x is the derivative of sin⁡x\sin x. Using this observation, we can work out the antideriative:

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡xSo,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{So,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

These two answers look different. Using the identity cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x), we reconcile them:

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

The 34\frac{3}{4} here is not significant. Remember that CC is used to designate a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. So C−34C-\frac{3}{4} is also just a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. As the two answers we found differ by a constant, they are equivalent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 24번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
424.CLP-2 · 1.3절 · 26번우리말 번역

∫cos⁡2x dx\displaystyle\int \cos^2 x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫cos⁡2x dx\displaystyle\int \cos^2 x \ \mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

어떤 함수의 도함수가 cos⁡2x\cos^2 x 인지는 바로 알기 어렵지만, 항등식 cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \dfrac{1+\cos(2x)}{2} 를 이용하면 상황을 조금 더 분명하게 할 수 있다:

∫cos⁡2x dx=∫12⋅(1+cos⁡(2x)) dx=∫12 dx+∫12cos⁡(2x) dx=12x+C+∫12cos⁡(2x) dx나머지 적분에 대해서는 F(x)=sin⁡(2x) 와 같은 꼴을 짐작해 볼 수 있다. 알맞은 상수를 찾아보자:ddx{sin⁡(2x)}=2cos⁡(2x)ddx{14sin⁡(2x)}=12cos⁡(2x)따라서,∫12cos⁡(2x) dx=14sin⁡(2x)+C그러므로,∫cos⁡2x dx=12x+14sin⁡(2x)+C\begin{aligned} \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{1}{2}\cdot \left(1+\cos(2x)\right)\ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{1}{2}\ \mathrm{d}x + \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}x + C+ \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{나머지 적분에 대해서는 $F(x) = \sin(2x)$ 와 같은 꼴을 짐작해 볼 수 있다. 알맞은 상수를 찾아보자:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sin(2x) \right\}&=2\cos(2x)\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{1}{4}\sin(2x) \right\}&=\frac{1}{2}\cos(2x)\\ \text{따라서,}\qquad \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x &=\frac{1}{4}\sin(2x)+C\\ \text{그러므로,}\qquad \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}\sin(2x)+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

It's not immediately obvious which function has cos⁡2x\cos^2 x as its derivative, but we can make the situation a little clearer by using the identity cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \dfrac{1+\cos(2x)}{2}:

∫cos⁡2x dx=∫12⋅(1+cos⁡(2x)) dx=∫12 dx+∫12cos⁡(2x) dx=12x+C+∫12cos⁡(2x) dxFor the remaining integral, we might guess something like F(x)=sin⁡(2x). Let’s figure out the appropriate constant:ddx{sin⁡(2x)}=2cos⁡(2x)ddx{14sin⁡(2x)}=12cos⁡(2x)So,∫12cos⁡(2x) dx=14sin⁡(2x)+CTherefore,∫cos⁡2x dx=12x+14sin⁡(2x)+C\begin{aligned} \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{1}{2}\cdot \left(1+\cos(2x)\right)\ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{1}{2}\ \mathrm{d}x + \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}x + C+ \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{For the remaining integral, we might guess something like $F(x) = \sin(2x)$. Let's figure out the appropriate constant:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sin(2x) \right\}&=2\cos(2x)\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{1}{4}\sin(2x) \right\}&=\frac{1}{2}\cos(2x)\\ \text{So,}\qquad \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x &=\frac{1}{4}\sin(2x)+C\\ \text{Therefore,}\qquad \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}\sin(2x)+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 25번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
425.CLP-2 · 1.3절 · 27번우리말 번역

만약

F(x)=∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt그리고G(y)=∫y0log⁡(2+sin⁡t) dtF(x)=\int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\quad\text{그리고}\quad G(y)=\int^0_y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t

이면, F′(π2)F'\big(\frac{\pi}{2}\big) 와 G′(π2)G'\big(\frac{\pi}{2}\big) 를 구하세요.

영어 원문 보기

If

F(x)=∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dtandG(y)=∫y0log⁡(2+sin⁡t) dtF(x)=\int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\quad\text{and}\quad G(y)=\int^0_y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t

find F′(π2)F'\big(\frac{\pi}{2}\big) and G′(π2)G'\big(\frac{\pi}{2}\big).

정답·풀이 보기

미적분의 기본정리 제1부에 의해,

F′(x)=ddx∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt=log⁡(2+sin⁡x)G′(y)=ddy[−∫0ylog⁡(2+sin⁡t) dt]=−log⁡(2+sin⁡y)\begin{aligned} F'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t &&=\log(2+\sin x) \\ G'(y)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\bigg[- \int_0^y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\bigg] &&=-\log(2+\sin y) \\ \end{aligned}

따라서,

F′(π2)=log⁡3G′(π2)=−log⁡(3)F'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=\log 3\qquad G'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=-\log(3)

원본 교재 풀이(영어)

By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

F′(x)=ddx∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt=log⁡(2+sin⁡x)G′(y)=ddy[−∫0ylog⁡(2+sin⁡t) dt]=−log⁡(2+sin⁡y)\begin{aligned} F'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t &&=\log(2+\sin x) \\ G'(y)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\bigg[- \int_0^y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\bigg] &&=-\log(2+\sin y) \\ \end{aligned}

So,

F′(π2)=log⁡3G′(π2)=−log⁡(3)F'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=\log 3\qquad G'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=-\log(3)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 26번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
426.CLP-2 · 1.3절 · 28번우리말 번역

f(x)=∫1x100(t2−3t+2)e−t2 dtf(x)=\displaystyle\int_1^x 100(t^2-3t+2)e^{-t^2}\ \mathrm{d}t 라고 하자. ff 가 증가하는 구간을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=∫1x100(t2−3t+2)e−t2 dtf(x)=\displaystyle\int_1^x 100(t^2-3t+2)e^{-t^2}\ \mathrm{d}t. Find the interval(s) on which ff is increasing.

정답·풀이 보기

미적분의 기본정리 제1부분에 의해,

f′(x)=100(x2−3x+2)e−x2=100(x−1)(x−2)e−x2f'(x) = 100(x^2-3x+2)e^{-x^2} = 100(x-1)(x-2)e^{-x^2}

f′(x)>0f'(x)>0 일 때마다 f(x)f(x) 는 증가하고 100e−x2100 e^{-x^2} 은 항상 00 보다 엄밀하게 크므로, f(x)f(x) 가 증가하는 것은 (x−1)(x−2)>0(x-1)(x-2)>0 일 때, 그리고 그때에 한한다. 이는 (x−1)(x-1) 과 (x−2)(x-2) 의 부호가 같을 때, 그리고 그때에 한해 성립한다. x>2x>2 이면 둘 다 양수이고 x<1x<1 이면 둘 다 음수이다. 따라서 f(x)f(x) 는 −∞<x<1-\infty<x<1 일 때와 2<x<∞2<x<\infty 일 때 증가한다.

참고: 미적분의 기본정리를 쓰지 않아도, f(x)f(x) 는 1부터 xx 까지 곡선 아래의 넓이이므로, 곡선이 xx 축 위에 있을 때는 (양의 넓이를 더하므로) f(x)f(x) 가 증가하고, 곡선이 xx 축 아래에 있을 때는 (음의 넓이를 더하므로) 감소한다.

원본 교재 풀이(영어)

By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

f′(x)=100(x2−3x+2)e−x2=100(x−1)(x−2)e−x2f'(x) = 100(x^2-3x+2)e^{-x^2} = 100(x-1)(x-2)e^{-x^2}

As f(x)f(x) is increasing whenever f′(x)>0f'(x)>0 and 100e−x2100 e^{-x^2} is always strictly bigger than 00, we have f(x)f(x) increasing if and only if (x−1)(x−2)>0(x-1)(x-2)>0, which is the case if and only if (x−1)(x-1) and (x−2)(x-2) are of the same sign. Both are positive when x>2x>2 and both are negative when x<1x<1. So f(x)f(x) is increasing when −∞<x<1-\infty<x<1 and when 2<x<∞2<x<\infty.

Remark: even without the Fundamental Theorem of Calculus, since f(x)f(x) is the area under a curve from 1 to xx, f(x)f(x) is increasing when the curve is above the xx-axis (because we're adding positive area), and it's decreasing when the curve is below the xx-axis (because we're adding negative area).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 27번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
427.CLP-2 · 1.3절 · 34번우리말 번역

x2=1+∫1xf(t) dtx^2=1+\displaystyle\int_1^x f(t)\ \mathrm{d}t 일 때, f(x)f(x) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Find f(x)f(x) if x2=1+∫1xf(t) dtx^2=1+\displaystyle\int_1^x f(t)\ \mathrm{d}t.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

x2=1+∫1xf(t) dtx^2=1+\int_1^x f(t)\ \mathrm{d}t 의 양변에 ddx\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} 를 적용하면, 미적분의 기본정리 제1부에 의해 2x=f(x)2x=f(x) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

Applying ddx\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} to both sides of x2=1+∫1xf(t) dtx^2=1+\int_1^x f(t)\ \mathrm{d}t gives, by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, 2x=f(x)2x=f(x).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 35번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
428.CLP-2 · 1.3절 · 35번우리말 번역

ff 가 연속함수이고 xsin⁡(πx)=∫0xf(t) dtx \sin(\pi x) = \displaystyle\int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t 일 때, f(4)f(4) 를 구하세요.

영어 원문 보기

If xsin⁡(πx)=∫0xf(t) dtx \sin(\pi x) = \displaystyle\int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t where ff is a continuous function, find f(4)f(4).

정답·풀이 보기

xsin⁡(πx)=∫0xf(t) dtx \sin(\pi x) = \int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t 의 양변에 ddx\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} 를 적용한다. 그러면 미적분의 기본정리 제1부에 의해

f(x)=ddx∫0xf(t) dt=ddx{xsin⁡(πx)}  ⟹  f(x)=ddx{xsin⁡(πx)}=sin⁡(πx)+πxcos⁡(πx)  ⟹  f(4)=sin⁡(4π)+4πcos⁡(4π)=4π\begin{aligned} &&f(x) =\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\big\{x \sin(\pi x)\big\} \\ \implies&& f(x) &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\big\{x \sin(\pi x)\big\} =\sin(\pi x)+\pi x\cos(\pi x) \\ \implies&& f(4)&= \sin(4\pi)+4\pi\cos(4\pi)=4\pi \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Apply ddx\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} to both sides of xsin⁡(πx)=∫0xf(t) dtx \sin(\pi x) = \int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t. Then, by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

f(x)=ddx∫0xf(t) dt=ddx{xsin⁡(πx)}  ⟹  f(x)=ddx{xsin⁡(πx)}=sin⁡(πx)+πxcos⁡(πx)  ⟹  f(4)=sin⁡(4π)+4πcos⁡(4π)=4π\begin{aligned} &&f(x) =\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x f(t)\, \mathrm{d}t&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\big\{x \sin(\pi x)\big\} \\ \implies&& f(x) &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\big\{x \sin(\pi x)\big\} =\sin(\pi x)+\pi x\cos(\pi x) \\ \implies&& f(4)&= \sin(4\pi)+4\pi\cos(4\pi)=4\pi \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 28번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
429.CLP-2 · 1.3절 · 42번우리말 번역

30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} 로 달리는 자동차가 시각 t=0t=0 에 브레이크를 밟는다. 속도(m/s\textrm{m}/\textrm{s} 단위)는 식 v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t 에 따라 감소한다. 자동차가 멈출 때까지 얼마나 멀리 가는지 구하세요.

영어 원문 보기

A car traveling at 30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} applies its brakes at time t=0t=0, its velocity (in m/s\textrm{m}/\textrm{s}) decreasing according to the formula v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t. How far does the car go before it stops?

정답·풀이 보기

v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0 일 때 자동차가 멈추며, 이는 시각 t=3t = 3 일 때이다. 그 시각까지 이동한 거리는

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The car stops when v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0, which occurs at time t=3t = 3. The distance covered up to that time is

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 34번
# 미적분의 기본정리활용도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
430.CLP-2 · 1.3절 · 49번우리말 번역

f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t 라 하자.

(a) 도함수 f′(x)f'(x) 의 식을 구하세요. (식에 적분 기호가 포함되어도 됩니다.) (b) y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=−1x=-1 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Define f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t.

(a) Find a formula for the derivative f′(x)f'(x). (Your formula may include an integral sign.) (b) Find the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=−1x=-1.

정답·풀이 보기

(a) 곱의 미분법, 합성함수의 미분법, 미적분학의 기본정리 제1부를 차례로 이용하면,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) 일반적으로 y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=ax=a 에서의 접선의 방정식은

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

이다. 주어진 f(x)f(x) 와 a=−1a=-1 을 대입하면 다음과 같다.

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1따라서 접선의 방정식은y=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{따라서 접선의 방정식은} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the product rule, followed by the chain rule, followed by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) In general, the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=ax=a is

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

Substituting in the given f(x)f(x) and a=−1a=-1:

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1So, the equation of the tangent line isy=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{So, the equation of the tangent line is} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 42번
# 미적분의 기본정리그래프·표 해석도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
431.CLP-2 · 1.3절 · 50번우리말 번역

두 학생이 어떤 함수 f(x)f(x) 에 대하여 ∫f(x) dx\int f(x)\ \mathrm{d}x 를 계산한다.

  • 학생 A는 ∫f(x) dx=tan⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \tan^2 x + x + C 라고 계산한다.
  • 학생 B는 ∫f(x) dx=sec⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \sec^2 x + x + C 라고 계산한다.
  • ddx{tan⁡2x}=f(x)−1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} = f(x)-1 임이 알려져 있다.

누가 올바른 답을 얻었는지 구하세요.

영어 원문 보기

Two students calculate ∫f(x) dx\int f(x)\ \mathrm{d}x for some function f(x)f(x).

  • Student A calculates ∫f(x) dx=tan⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \tan^2 x + x + C
  • Student B calculates ∫f(x) dx=sec⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \sec^2 x + x + C
  • It is a fact that ddx{tan⁡2x}=f(x)−1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} = f(x)-1

Who ended up with the correct answer?

정답·풀이 보기

“+C+C”는 함수에 임의의 상수를 더할 수 있다는 뜻임을 기억하자. tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x = \sec^2 x - 1 이므로 학생 A와 학생 B의 답은 서로 같은 답이다. 두 답은 상수만큼만 다르다.

따라서 한 학생이 맞으면 두 학생 모두 맞고, 한 학생이 틀리면 두 학생 모두 틀리다. 학생 A의 풀이를 확인하면 다음과 같다. ddx{tan⁡2x+x+C}=ddx{tan⁡2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x + x + C\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} +1 + 0 = f(x)-1+1=f(x) 따라서 학생 A의 답은 실제로 f(x)f(x) 의 원시함수이다. 그러므로 두 학생 모두 올바른 답을 얻었다.

참고: 서로 같은 답이 꽤 다르게 보이는 일은 자주 있다. 자신의 풀이를 다른 사람의 풀이와 비교할 때 이 점을 기억해 두면 좋다!

원본 교재 풀이(영어)

Recall that “+C+C" means that we can add any constant to the function. Since tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x = \sec^2 x - 1, Students A and B have equivalent answers: they only differ by a constant.

So, if one is right, both are right; if one is wrong, both are wrong. We check Student A's work: ddx{tan⁡2x+x+C}=ddx{tan⁡2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x + x + C\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} +1 + 0 = f(x)-1+1=f(x) So, Student A's answer is indeed an anditerivative of f(x)f(x). Therefore, both students ended up with the correct answer.

Remark: it is a frequent occurrence that equivalent answers might look quite different. As you are comparing your work to others', this is a good thing to keep in mind!

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 2번
# 미적분의 기본정리계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
432.CLP-2 · 1.3절 · 51번우리말 번역

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t 라 하자.

(a) F(3)F(3) 의 값을 구하세요. (b) F′(x)F'(x) 는 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Let F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t.

(a) Evaluate F(3)F(3). (b) What is F′(x)F'(x)?

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) x=3x=3 일 때,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dt미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) 적분이 tt 에 대한 것이므로 x3x^3 항은 적분 밖으로 꺼낼 수 있다. 즉, 적분을 할 때에는 x3x^3 이 상수이다(미분을 할 때에는 분명히 상수가 아니지만).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dt곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

참고: 이 문제에서 xx 와 tt 는 서로 다른 역할을 하므로 서로 다른 이름을 쓰는 것이 매우 중요하다. 이것이 ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t 를 뜻하면서 ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x 라고 쓰는 흔한 실수를 피해야 하는 이유 중 하나이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) When x=3x=3,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dtUsing the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) Since the integration is with respect to tt, the x3x^3 term can be moved outside the integral. That is: for the purposes of the integral, x3x^3 is a constant (although for the purposes of the derivative, it certainly is not).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dtUsing the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{Using the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

Remark: Since xx and tt play different roles in our problem, it's crucial that they have different names. This is one reason why we should avoid the common mistake of writing ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x when we mean ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 8번
# 미적분의 기본정리계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
433.Active Calculus · 4.1절 · 8번우리말 번역

장난감 로켓을 바람이 없는 날 지면에서 수직으로 발사한다. 시각 tt(초)에서 로켓의 수직 속도는 v(t)=500−32tv(t)= 500-32t 피트/초로 주어진다.

(a) 로켓을 발사한 후 몇 초일 때 로켓의 속도가 0이 되는지 구하세요. 이 시각을 aa라 하세요. t=at = a 일 때 로켓에 어떤 일이 일어나는지 설명하세요. (b) 구간 0≤t≤a0 \le t \le a 에서 y=v(t)y = v(t) 와 tt축으로 둘러싸인 부분의 전체 넓이의 값을 구하세요. 이 넓이는 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (c) 함수 vv 의 부정적분 ss 를 구하세요. 즉, s′(t)=v(t)s'(t) = v(t) 를 만족시키는 함수 ss 를 구하세요. (d) s(a)−s(0)s(a) - s(0) 의 값을 구하세요. 이 값은 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (e) s(5)−s(1)s(5) - s(1) 의 값을 구하세요. 이 값은 로켓의 비행에 대해 무엇을 알려 주는지 설명하세요.

영어 원문 보기

A toy rocket is launched vertically from the ground on a day with no wind. The rocket's vertical velocity at time tt (in seconds) is given by v(t)=500−32tv(t)= 500-32t feet/sec.

(a) At what time after the rocket is launched does the rocket's velocity equal zero? Call this time value aa. What happens to the rocket at t=at = a? (b) Find the value of the total area enclosed by y=v(t)y = v(t) and the tt-axis on the interval 0≤t≤a0 \le t \le a. What does this area represent in terms of the physical setting of the problem? (c) Find an antiderivative ss of the function vv. That is, find a function ss such that s′(t)=v(t)s'(t) = v(t). (d) Compute the value of s(a)−s(0)s(a) - s(0). What does this number represent in terms of the physical setting of the problem? (e) Compute s(5)−s(1)s(5) - s(1). What does this number tell you about the rocket's flight?

정답·풀이 보기

(a) v(t)=0v(t) = 0 으로 놓으면 500−32t=0500 - 32t = 0 이므로 t=50032=1258=15.625t = \frac{500}{32} = \frac{125}{8} = 15.625 이다. 이 시각은 로켓의 속도가 양에서 음으로 바뀌는 때이고, 따라서 로켓의 위치가 증가에서 감소로 바뀌는 지점, 즉 로켓이 최고 높이에 도달하는 때이다. (b) 구간 [0,15.625][0, 15.625] 에서 vv 는 두 점 (0,500)(0,500) 과 (15.625,0)(15.625,0) 을 잇는 구간에서 값이 양인 일차함수이므로, 속도 함수와 tt축으로 둘러싸인 영역은 수직인 변의 길이가 500500, 수평인 변의 길이가 15.62515.625 인 직각삼각형이다. 이 삼각형의 넓이는 A=12bh=12(15.625)(500)=3906.25A = \frac{1}{2}bh = \frac{1}{2}(15.625)(500) = 3906.25 이다. 이것은 속도 곡선 아래의 넓이이고(속도가 양인 구간이므로) 시간 구간 [0,15.625][0, 15.625] 에서 로켓이 수직으로 이동한 거리를 나타낸다. (c) 도함수가 v(t)=s′(t)=500−32tv(t) = s'(t) = 500-32t 인 함수의 하나는 s(t)=500t−16t2s(t) = 500t - 16t^2 이다. (d) (c)의 결과를 이용하면 s(15.625)−s(0)=500(15.625)−16(15.625)2−(0−0)=3906.25s(15.625) - s(0) = 500(15.625) - 16(15.625)^2 - (0 - 0) = 3906.25 이다. 따라서 [0,15.625][0,15.625] 에서 로켓의 위치 변화량은 3906.253906.25 피트이며, 이 구간 내내 속도가 양이므로 이는 로켓이 이 시간 구간 동안 수직으로 이동한 거리이기도 하다. (e) s(5)−s(1)=1616s(5) - s(1) = 1616 이므로, 로켓은 t=1t = 1 에서 t=5t = 5 까지 44초 동안 16161616 피트 상승했음을 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Setting v(t)=0v(t) = 0, we find 500−32t=0500 - 32t = 0, and thus t=50032=1258=15.625t = \frac{500}{32} = \frac{125}{8} = 15.625. This is the time that the rocket's velocity changes from positive to negative, and thus the point when the rocket's position changes from increasing to decreasing: it's when the rocket reaches its maximum height. (b) Since vv is a positive linear function that connects the points (0,500)(0,500) and (15.625,0)(15.625,0) on the interval [0,15.625][0, 15.625], the region enclosed by the velocity function and the tt-axis is a right triangle with vertical leg of length 500500 and horizontal leg of length 15.62515.625. The area of this triangle is A=12bh=12(15.625)(500)=3906.25A = \frac{1}{2}bh = \frac{1}{2}(15.625)(500) = 3906.25. Because this is the area under the velocity curve (where velocity is positive) this area represents the vertical distance traveled by the rocket on the time interval [0,15.625][0, 15.625]. (c) One function that has derivative v(t)=s′(t)=500−32tv(t) = s'(t) = 500-32t is s(t)=500t−16t2s(t) = 500t - 16t^2. (d) Using our result in (c), s(15.625)−s(0)=500(15.625)−16(15.625)2−(0−0)=3906.25s(15.625) - s(0) = 500(15.625) - 16(15.625)^2 - (0 - 0) = 3906.25. Thus, the change of the rocket's position on [0,15.625][0,15.625] is 3906.253906.25 feet, which is also the distance the rocket traveled vertically on the time interval, since velocity is positive throughout. (e) We find that s(5)−s(1)=1616s(5) - s(1) = 1616, which tells us that the rocket rose 16161616 feet on the 44-second interval from t=1t = 1 to t=5t = 5.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 4.1절 · 10번
# 속도와 거리활용자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
434.Active Calculus · 4.1절 · 10번우리말 번역

정수 처리장의 필터는 시간이 지날수록 더 더러워져 효과가 떨어지므로 30일마다 교체합니다. 30일 동안 필터를 통과해 근처 호수로 흘러드는 오염 물질의 속도(하루당 입자상 물질의 단위 수)를 6일마다 측정하여 다음 표로 나타냈습니다. 시간 tt 는 필터를 교체한 뒤 지난 날수입니다.

정수 필터의 오염 자료.

날짜, tt 00 66 1212 1818 2424 3030
하루당 오염 속도(단위/일), p(t)p(t) 77 88 1010 1313 1818 3535

(a) 가로축을 시간, 세로축을 오염 속도로 하여 주어진 자료를 좌표평면에 나타내세요. (b) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 양이 시간 구간 [0,30][0,30] 에서 y=p(t)y = p(t) 와 tt축으로 둘러싸인 부분의 넓이와 정확히 같은 이유를 설명하세요. (c) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 총량을 어림하세요. 어림값을 어떻게 구했는지 자세히 설명하세요.

영어 원문 보기

Filters at a water treatment plant become dirtier over time and thus become less effective; they are replaced every 30 days. During one 30-day period, the rate at which pollution passes through the filters into a nearby lake (in units of particulate matter per day) is measured every 6 days and is given in the following table. The time tt is measured in days since the filters were replaced.

Pollution data for the water filters.

Day, tt 00 66 1212 1818 2424 3030
Rate of pollution in units per day, p(t)p(t) 77 88 1010 1313 1818 3535

(a) Plot the given data on a set of axes with time on the horizontal axis and the rate of pollution on the vertical axis. (b) Explain why the amount of pollution that entered the lake during this 30-day period would be given exactly by the area bounded by y=p(t)y = p(t) and the tt-axis on the time interval [0,30][0,30]. (c) Estimate the total amount of pollution entering the lake during this 30-day period. Carefully explain how you determined your estimate.

정답·풀이 보기

(a) 아래 그림을 보면 시간이 지남에 따라 오염 속도가 증가하는 비율로 증가하는 것으로 보인다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 오염 속도가 거의 상수인 구간을 생각하고 그 구간의 너비가 △t\triangle t 라 하면, 그 구간에서 곡선 아래의 넓이는 너비가 △t\triangle t 이고 높이가 그 구간의 오염 속도 p(t)p(t) 인 직사각형의 넓이와 거의 같다. 넓이를 구하기 위해 곱 p(t)⋅△tp(t) \cdot \triangle t 를 계산할 때 관련된 단위는 “하루당 오염 단위”와 “일”의 곱이므로, 전체 단위는 “오염 단위”가 된다. 따라서 곡선 아래의 넓이는 시간 구간 [0,30][0,30] 동안 배출된 오염의 총량을 나타낸다. (c) 오염의 총량을 어림하는 한 가지 방법은 각 구간 [0,6][0,6], [6,12][6,12], …\ldots 에서 오염 속도가 상수라고 가정하는 것이다. 예를 들어 [0,6][0,6] 에서는 속도가 항상 하루당 77 단위이고, [6,12][6,12] 에서는 하루당 88 단위로 뛰어오르며, 이후도 같은 식이라고 가정할 수 있다. 이렇게 하고 (b)에서 논의한 생각을 이용하면, 오염의 총량 PP 의 한 어림값은 P=7⋅6+8⋅6+10⋅6+13⋅6+18⋅6=336P = 7 \cdot 6 + 8 \cdot 6 + 10 \cdot 6 + 13 \cdot 6 + 18 \cdot 6 = 336 오염 단위이다. 예를 들어 13⋅613 \cdot 6 을 계산하는 것은 처리장이 6일 동안 하루에 1313 단위의 오염을 배출한다고 가정한 것이므로, 구간 [18,24][18,24] 에서 배출된 오염의 총량의 어림값을 나타낸다. 오염 속도가 계속 증가하는데 각 구간에서 그 속도의 가장 낮은 값을 택했으므로, 이 어림값은 오염의 총량보다 작은 과소 어림값임이 분명하다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The plot below shows that the rate of pollution appears to be increasing at an increasing rate as time goes on. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) If we think about an interval on which the rate of pollution is relatively constant and suppose the interval is △t\triangle t wide, then the area under the curve on that interval is approximately the area of the rectangle whose width is △t\triangle t and whose height is p(t)p(t), the polution rate on that interval. When we compute the product p(t)⋅△tp(t) \cdot \triangle t to find the area, the units involved are “units of pollution per day” times “days”, which results in an overall unit of “units of pollution”. Thus, the area under the curve tells us the total pollution emitted over the time interval [0,30][0,30]. (c) One way to estimate the total amount of pollution is to suppose the rate of pollution is constant on each of the intervals [0,6][0,6], [6,12][6,12], …\ldots. For instance, we could assume the rate on [0,6][0,6] is always 77 units per day, and then the rate jumps to 88 units per day on [6,12][6,12], and so on. Doing so, and using the ideas we discussed in (b), one estimate for the total pollution, PP, is P=7⋅6+8⋅6+10⋅6+13⋅6+18⋅6=336P = 7 \cdot 6 + 8 \cdot 6 + 10 \cdot 6 + 13 \cdot 6 + 18 \cdot 6 = 336 total units of pollution. Note, for example, that when we compute 13⋅613 \cdot 6 this represents an estimate of the total amount of pollution emitted on the interval [18,24][18,24] since we are assuming the plant emits 1313 units of pollution per day for 6 days. It is apparent that this particular estimate is an underestimate of the total amount of pollution since the rate is always increasing but we are choosing the lowest value of that rate on a given interval.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.4절 · 33번
# 속도와 거리그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
435.Active Calculus · 4.3절 · 10번우리말 번역

움직이는 물체의 속도가 v(t)=t(t−1)(t−3)v(t) = t(t-1)(t-3) (단위: 피트/초)로 주어지고, 이 함수는 0≤t≤40 \le t \le 4 에서 성립한다고 하자.

(a) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 위치 변화량의 총합과 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (b) 적절한 도구(애플릿 등)를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 위치 변화량의 총합을 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (c) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체가 이동한 총 거리와 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (d) 적절한 도구를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 [0,4][0,4] 에서 물체가 이동한 총 거리를 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (e) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 평균 속도를 소수 둘째 자리까지 정확하게 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose that the velocity of a moving object is given by v(t)=t(t−1)(t−3)v(t) = t(t-1)(t-3), measured in feet per second, and that this function is valid for 0≤t≤40 \le t \le 4.

(a) Write an expression involving definite integrals whose value is the total change in position of the object on the interval [0,4][0,4]. (b) Use appropriate technology (such as an applet) to compute Riemann sums to estimate the object's total change in position on [0,4][0,4]. Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (c) Write an expression involving definite integrals whose value is the total distance traveled by the object on [0,4][0,4]. (d) Use appropriate technology to compute Riemann sums to estimate the object's total distance travelled on [0,4][0,4]. Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (e) What is the object's average velocity on [0,4][0,4], accurate to two decimal places?

정답·풀이 보기

(a) v(t)=0v(t) = 0 인 때는 t=0t = 0, t=1t = 1, t=3t = 3 이고, 구간 0<t<10 < t < 1 과 3<t<43 < t < 4 에서는 v(t)v(t) 가 양수이며, 1<t<31 < t < 3 에서는 v(t)v(t) 가 음수이다. 따라서 물체의 위치 변화량의 총합 PP 는 다음과 같다. P=∫01v(t) dt+∫13v(t) dt+∫34v(t) dt=∫04v(t) dt .P = \int_0^1 v(t) \, dt + \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt = \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b) 계산 도구를 이용하여 중점 규칙으로 위치 변화량의 총합 ∫04v(t) dt\int_0^4 v(t) \, dt 를 어림한다. M25=2.6496M_{25} = 2.6496, M50=2.6624M_{50} = 2.6624, M75=2.66477M_{75} = 2.66477, M100=2.6656M_{100} = 2.6656 을 얻는다. 소구간의 수를 늘려도 소수 첫째 자리와 둘째 자리가 변하지 않는 것으로 보이므로, P=∫04v(t) dt≈2.665P = \int_0^4 v(t) \, dt \approx 2.665 는 소수 둘째 자리까지 정확하다고 할 수 있다. (c) (a)에서 v(t)v(t) 의 부호를 살펴보았다. 특히 1<t<31 < t < 3 에서 v(t)<0v(t) < 0 이므로 ∫13v(t) dt\int_1^3 v(t) \, dt 는 음의 위치 변화량을 준다. 따라서 이 구간에서 이동한 거리는 −∫13v(t) dt-\int_1^3 v(t) \, dt 이고, 구간 [0,4][0,4] 에서 이동한 총 거리 DD 는 다음과 같다. D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt\,. (d) 리만 합으로 DD 를 어림하려면 세 정적분을 각각 어림해야 한다. 그 결과는 다음과 같다.

  • ∫01v(t) dt≈M100=0.41669\int_0^1 v(t) \, dt \approx M_{100} = 0.41669,
  • ∫13v(t) dt≈M100=−2.6668\int_1^3 v(t) \, dt \approx M_{100} = -2.6668, 그리고
  • ∫14v(t) dt≈M100=4.91667\int_1^4 v(t) \, dt \approx M_{100} = 4.91667 MnM_n 에서 여러 가지 nn 의 값으로 계산해 보면, 이 각각의 어림값은 적어도 소수 33 째 자리까지 정확함을 알 수 있다. 따라서 이들의 합은 적어도 소수 22 째 자리까지 정확하리라 기대할 수 있다. 그러므로 D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt≈0.41669−(−2.6668)+4.91667=8.00016 .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt \approx 0.41669 - (-2.6668) + 4.91667 = 8.00016\,. 따라서 D≈8.00016D \approx 8.00016 은 적어도 소수 22 째 자리까지 정확한 이동 거리의 어림값이다. (e) 구간 [0,4][0,4] 에서의 평균 속도는 다음 적분식으로 주어진다. vAVG⁡[0,4]=14−0∫04v(t) dt .v_{\operatorname{AVG} [0,4]} = \frac{1}{4-0} \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b)에서 이 정적분을 어림했으므로 그 결과를 이용하면 vAVG⁡[0,4]≈14−02.665=0.66625v_{\operatorname{AVG} [0,4]} \approx \frac{1}{4-0} 2.665 = 0.66625 피트/초가 물체의 평균 속도이며, 적어도 소수 둘째 자리까지 정확하다. 위치 변화량의 총합이 양수이므로 평균 속도가 양수인 것은 타당하다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) We observe that v(t)=0v(t) = 0 at t=0t = 0, t=1t = 1, and t=3t = 3, and v(t)v(t) is positive on the intervals 0<t<10 < t < 1 and 3<t<43 < t < 4, while v(t)v(t) is negative on 1<t<31 < t < 3. The total change in position, PP, of the object is thus given by P=∫01v(t) dt+∫13v(t) dt+∫34v(t) dt=∫04v(t) dt .P = \int_0^1 v(t) \, dt + \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt = \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b) Using computational technology, we use the midpoint rule to estimate the total change of position, ∫04v(t) dt\int_0^4 v(t) \, dt. We find that M25=2.6496M_{25} = 2.6496, M50=2.6624M_{50} = 2.6624, M75=2.66477M_{75} = 2.66477, and M100=2.6656M_{100} = 2.6656. Since it appears that neither of the first two decimal places are changing as we increase the number of subintervals, it looks like P=∫04v(t) dt≈2.665P = \int_0^4 v(t) \, dt \approx 2.665 is accurate to two decimal places. (c) We noted in (a) where v(t)v(t) is positive and negative. In particular, on 1<t<31 < t < 3, v(t)<0v(t) < 0, and thus ∫13v(t) dt\int_1^3 v(t) \, dt will give us a negative change in position; the distance traveled on this interval is therefore −∫13v(t) dt-\int_1^3 v(t) \, dt, and hence the total distance traveled, DD, on [0,4][0,4] is D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt\,. (d) To use Riemann sums to estimate DD, we have to estimate each of the three integrals individually. We find that

  • ∫01v(t) dt≈M100=0.41669\int_0^1 v(t) \, dt \approx M_{100} = 0.41669,
  • ∫13v(t) dt≈M100=−2.6668\int_1^3 v(t) \, dt \approx M_{100} = -2.6668, and
  • ∫14v(t) dt≈M100=4.91667\int_1^4 v(t) \, dt \approx M_{100} = 4.91667 From experimenting with different nn-values in MnM_n, it is apparent that each of these individual estimates is accurate to at least 33 decimal places, and thus we expect their sum to be accurate to at least 22. Hence, D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt≈0.41669−(−2.6668)+4.91667=8.00016 .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt \approx 0.41669 - (-2.6668) + 4.91667 = 8.00016\,. Therefore D≈8.00016D \approx 8.00016 is an estimate of distance traveled accurate to at least 22 decimal places. (e) We know that the average velocity on [0,4][0,4] is given by the integral expression vAVG⁡[0,4]=14−0∫04v(t) dt .v_{\operatorname{AVG} [0,4]} = \frac{1}{4-0} \int_0^4 v(t) \, dt\,. We estimated the definite integral in (b), so using that result, vAVG⁡[0,4]≈14−02.665=0.66625v_{\operatorname{AVG} [0,4]} \approx \frac{1}{4-0} 2.665 = 0.66625 feet per second is the object's average velocity, accurate to at least two decimal places. It makes sense that the average velocity is positive since the total change in position is positive.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.2절 · 24번
# 정적분의 뜻과 성질활용자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
436.Active Calculus · 4.3절 · 12번우리말 번역

f(x)=3−x2f(x) = 3 - x^2 이고 g(x)=2x2g(x) = 2x^2 이라 하자.

(a) 구간 [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (b) 구간 [−1,1][-1,1] 에서 y=g(x)y = g(x) 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, [−1,1][-1,1] 에서 y=g(x)y = g(x) 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (c) [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 와 y=g(x)y = g(x) 사이에 있는 영역의 정확한 넓이를 값으로 갖는, 정적분의 차를 포함한 식을 쓰세요. (d) (c)에서 쓴 식이 하나의 적분 ∫−11[f(x)−g(x)] dx\int_{-1}^1 [f(x) - g(x)] \, dx 와 같은 값을 갖는 이유를 설명하세요. (e) 일반적으로 [a,b][a,b] 의 모든 xx 에 대해 p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) 이면, y=p(x)y = p(x) 와 y=q(x)y = q(x) 사이의 정확한 넓이가 다음과 같이 주어지는 이유를 설명하세요. ∫ab[p(x)−q(x)] dx .\int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx\,.

영어 원문 보기

Let f(x)=3−x2f(x) = 3 - x^2 and g(x)=2x2g(x) = 2x^2.

(a) On the interval [−1,1][-1,1], sketch a labeled graph of y=f(x)y = f(x) and write a definite integral whose value is the exact area bounded by y=f(x)y = f(x) on [−1,1][-1,1]. (b) On the interval [−1,1][-1,1], sketch a labeled graph of y=g(x)y = g(x) and write a definite integral whose value is the exact area bounded by y=g(x)y = g(x) on [−1,1][-1,1]. (c) Write an expression involving a difference of definite integrals whose value is the exact area that lies between y=f(x)y = f(x) and y=g(x)y = g(x) on [−1,1][-1,1]. (d) Explain why your expression in (c) has the same value as the single integral ∫−11[f(x)−g(x)] dx\int_{-1}^1 [f(x) - g(x)] \, dx. (e) Explain why, in general, if p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) for all xx in [a,b][a,b], the exact area between y=p(x)y = p(x) and y=q(x)y = q(x) is given by ∫ab[p(x)−q(x)] dx .\int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx\,.

정답·풀이 보기

(a) f(x)f(x) 는 [−1,1][-1,1] 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 xx축으로 유계인 넓이는 A1=∫−11(3−x2) dxA_1 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다. 이 그림에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 마찬가지로 g(x)g(x) 는 [−1,1][-1,1] 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 xx축으로 유계인 넓이는 A2=∫−112x2 dxA_2 = \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다. 이 그림에 대체 텍스트를 추가하세요. (c) 위의 두 그림에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이는 ff 아래의 넓이(A1A_1)에서 gg 아래의 넓이(A2A_2)를 뺀 것임을 알 수 있다. 즉, A1−A2=∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx .A_1 - A_2 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx\,. (d) 같은 구간에서의 정적분의 합 법칙에 의해 다음이 성립한다. ∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx=∫−11[(3−x2)−2x2] dx\int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx = \int_{-1}^{1} [ (3-x^2) - 2x^2 ] \, dx 따라서 오른쪽의 하나의 적분은 [−1,1][-1,1] 에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이를 나타낸다. (e) 일반적으로 [a,b][a,b] 에서 p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) 이면, 이 구간에서 pp 와 qq 사이의 정확한 넓이 AA 는 다음과 같이 주어진다. A=∫ab[p(x)−q(x)] dxA = \int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx 왜냐하면 이 넓이는 pp 아래의 넓이(∫abp(x) dx\int_a^b p(x) \, dx)와 qq 아래의 넓이(∫abq(x) dx\int_a^b q(x) \, dx)의 차로 구할 수 있고, (d)에서 보인 것처럼 두 정적분을 빼서 하나로 나타낼 수 있기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since f(x)f(x) is positive on [−1,1][-1,1], the area bounded by the function and xx-axis on the given interval is A1=∫−11(3−x2) dxA_1 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx. A sketch of the function and region is shown below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) Likewise, because g(x)g(x) is positive on [−1,1][-1,1], the area bounded by the function and xx-axis on the given interval is A2=∫−112x2 dxA_2 = \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx. A sketch of the function and region is shown below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (c) From the above two figures, we see that the exact area between the two curves is the area under ff (A1A_1) minus the area under gg (A2A_2). That is, A1−A2=∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx .A_1 - A_2 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx\,. (d) By the sum rule for definite integrals over the same interval, we know that ∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx=∫−11[(3−x2)−2x2] dx\int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx = \int_{-1}^{1} [ (3-x^2) - 2x^2 ] \, dx and thus the latter single integral captures the exact area between the two curves on [−1,1][-1,1]. (e) In general, if p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) on [a,b][a,b], the exact area, AA, between pp and qq on the interval will be given by A=∫ab[p(x)−q(x)] dxA = \int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx because we can find the area as the difference of the area under pp (∫abp(x) dx\int_a^b p(x) \, dx) and the area under qq (∫abq(x) dx\int_a^b q(x) \, dx), and then subtract the two definite integrals as shown in (d).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.2절 · 40번
# 정적분의 뜻과 성질그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
437.Active Calculus · 4.4절 · 11번우리말 번역

함수 ff 가 다음과 같이 구간별로 정의되어 있습니다.

f(x)={−x2+2x+1, ( 0≤x<2 일 때)−x+3, ( 2≤x<3 일 때)x2−8x+15, ( 3≤x≤5 일 때) .f(x) = \begin{cases} -x^2 + 2x + 1, \ \text{(}\ 0 \le x < 2\text{ 일 때)}\\ -x + 3, \ \text{(}\ 2 \le x < 3\text{ 일 때)}\\ x^2 - 8x + 15, \ \text{(}\ 3 \le x \le 5\text{ 일 때)}\end{cases}\,.

(a) 구간 [2,5][2,5] 에서 ff 와 xx축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합을 정확한 값으로 구하세요. (b) 구간 [0,5][0,5] 에서 ff 의 평균값을 정확한 값으로 구하세요. (c) 위의 ff 의 정의를 5≤x≤75 \le x \le 7 일 때 f(x)=g(x)f(x) = g(x) 가 되도록 확장했을 때 ∫07f(x) dx=0\int_0^7 f(x) \, dx = 0 이 성립하도록 하는, 5≤x≤75 \le x \le 7 에서의 함수 gg 의 식을 구하세요.

영어 원문 보기

A function ff is given piecewise by the formula

f(x)={−x2+2x+1, if 0≤x<2−x+3, if 2≤x<3x2−8x+15, if 3≤x≤5 .f(x) = \begin{cases} -x^2 + 2x + 1, \ \text{if} \ 0 \le x < 2 \\ -x + 3, \ \text{if} \ 2 \le x < 3 \\ x^2 - 8x + 15, \ \text{if} \ 3 \le x \le 5 \end{cases}\,.

(a) Determine the exact value of the net signed area enclosed by ff and the xx-axis on the interval [2,5][2,5]. (b) Compute the exact average value of ff on [0,5][0,5]. (c) Find a formula for a function gg on 5≤x≤75 \le x \le 7 so that if we extend the above definition of ff so that f(x)=g(x)f(x) = g(x) if 5≤x≤75 \le x \le 7, it follows that ∫07f(x) dx=0\int_0^7 f(x) \, dx = 0.

정답·풀이 보기

(a) 구간 [2,5][2,5] 에서 ff 와 xx축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합은 ∫25f(x) dx\int_2^5 f(x) \, dx 이다. 아래 그림은 구간 [0,5][0,5] 에서 ff 의 그래프를 나타낸 것이다. 구간 [2,5][2,5] 에서 ff 의 정적분을 계산하기 위해 부분구간 [2,3][2,3] 과 [3,5][3,5] 에서의 적분을 생각한다. 이렇게 하고 미적분의 기본정리를 이용하면 ∫25f(x) dx=∫23f(x) dx+∫35f(x) dx=∫23−x+3 dx+∫35x2−8x+15 dx=(−12x2+3x)∣23+(13x3−4x2+15x)∣35=(92−4)+(503−18)=1276−22=−56 .\begin{aligned}\int_2^5 f(x) \, dx &= \int_2^3 f(x) \, dx + \int_3^5 f(x) \, dx \\ &= \int_2^3 -x+3 \, dx + \int_3^5 x^2-8x+15 \, dx \\ &= \left. \left( -\frac{1}{2}x^2 + 3x \right)\right|_2^3 + \left. \left( \frac{1}{3}x^3 - 4x^2 + 15x \right)\right|_3^5 \\ &= \left(\frac{9}{2}-4\right) + \left( \frac{50}{3}-18 \right) \\ &= \frac{127}{6} - 22 = -\frac{5}{6}\end{aligned}\,. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 구간 [0,5][0,5] 에서 ff 의 평균값을 구하려면 먼저 ∫05f(x) dx\int_0^5 f(x) \, dx 를 계산해야 한다. (a)의 결과를 이용하고 부분구간 [0,2][0,2] 와 [2,5][2,5] 를 생각하면 ∫05f(x) dx=∫02f(x) dx+∫25f(x) dx=∫02−x2+2x+1 dx−56=(−13x3+x2+x)∣02−56=103−56=52 .\begin{aligned}\int_0^5 f(x) \, dx &= \int_0^2 f(x) \, dx + \int_2^5 f(x) \, dx \\ &= \int_0^2 -x^2 + 2x + 1 \, dx - \frac{5}{6} \\ &= \left. \left( -\frac{1}{3}x^3 + x^2 + x \right)\right|_0^2 - \frac{5}{6} \\ &= \frac{10}{3} - \frac{5}{6} \\ &= \frac{5}{2}\end{aligned}\,. 따라서 구간 [0,5][0,5] 에서 ff 의 평균값은 fAVG⁡[0,5]=15−0∫05f(x) dx=(15)(52)=12 .\displaystyle f_{\operatorname{AVG} [0,5]} = \frac{1}{5-0} \int_0^5 f(x) \, dx = \left(\frac{1}{5}\right) \left(\frac{5}{2}\right) = \frac{1}{2}\,. (c) ∫05f(x) dx=52\int_0^5 f(x) \, dx = \frac{5}{2} 이므로, ff 와 같으면서 [5,7][5,7] 에서도 정의되어 ∫57g(x) dx=−52\int_5^7 g(x) \, dx = -\frac{5}{2} 를 만족하는 함수 gg 가 필요하다. 연속성을 유지하기 위해 g(5)=0g(5) = 0 도 만족하도록 gg 의 식을 택한다. 그래프가 둘러싸는 넓이가 5/25/2 단위가 되는 일차함수를 고르는 것이 자연스러우며, 이는 기울기의 크기가 5/45/4 인 함수이다. 확인을 위해 계산하면 ∫57−54(x−5) dx=−(54)(x22−5x)∣57=−(54)(49−252−5(7−5))=−(54)(12−10)=−(54)(2)=−52 .\begin{aligned}\int_5^7 -\frac{5}{4}(x - 5) \, dx &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left. \left(\frac{x^2}{2} - 5x\right) \right|_5^7 \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( \frac{49-25}{2} - 5(7-5) \right) \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( 12 - 10 \right) \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( 2 \right) = -\frac{5}{2}\end{aligned}\,. 따라서 0≤x<50 \le x < 5 에서 g(x)=f(x)g(x) = f(x) 이고 5≤x≤75 \le x \le 7 에서 g(x)=−54(x−5)g(x) = -\frac{5}{4}(x - 5) 로 정의한 gg 는 원하는 성질을 가진다. gg 의 그래프는 아래 그림과 같다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The net signed area enclosed by ff and the xx-axis on the interval [2,5][2,5] is ∫25f(x) dx\int_2^5 f(x) \, dx. The figure below shows a graph of ff on the interval [0,5][0,5]. To calculate the definite integral of ff on the interval [2,5][2,5], we consider the integrals on the subintervals [2,3][2,3] and [3,5][3,5]. Doing so and using the Fundamental Theorem of Calculus, ∫25f(x) dx=∫23f(x) dx+∫35f(x) dx=∫23−x+3 dx+∫35x2−8x+15 dx=(−12x2+3x)∣23+(13x3−4x2+15x)∣35=(92−4)+(503−18)=1276−22=−56 .\begin{aligned}\int_2^5 f(x) \, dx &= \int_2^3 f(x) \, dx + \int_3^5 f(x) \, dx \\ &= \int_2^3 -x+3 \, dx + \int_3^5 x^2-8x+15 \, dx \\ &= \left. \left( -\frac{1}{2}x^2 + 3x \right)\right|_2^3 + \left. \left( \frac{1}{3}x^3 - 4x^2 + 15x \right)\right|_3^5 \\ &= \left(\frac{9}{2}-4\right) + \left( \frac{50}{3}-18 \right) \\ &= \frac{127}{6} - 22 = -\frac{5}{6}\end{aligned}\,. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) To find the average value of ff on [0,5][0,5] we need to first calculate ∫05f(x) dx .\int_0^5 f(x) \, dx\,. Using our work in (a) and considering the subintervals [0,2][0,2] and [2,5][2,5], ∫05f(x) dx=∫02f(x) dx+∫25f(x) dx=∫02−x2+2x+1 dx−56=(−13x3+x2+x)∣02−56=103−56=52 .\begin{aligned}\int_0^5 f(x) \, dx &= \int_0^2 f(x) \, dx + \int_2^5 f(x) \, dx \\ &= \int_0^2 -x^2 + 2x + 1 \, dx - \frac{5}{6} \\ &= \left. \left( -\frac{1}{3}x^3 + x^2 + x \right)\right|_0^2 - \frac{5}{6} \\ &= \frac{10}{3} - \frac{5}{6} \\ &= \frac{5}{2}\end{aligned}\,. Therefore, the average value of ff on [0,5][0,5] is fAVG⁡[0,5]=15−0∫05f(x) dx=(15)(52)=12 .\displaystyle f_{\operatorname{AVG} [0,5]} = \frac{1}{5-0} \int_0^5 f(x) \, dx = \left(\frac{1}{5}\right) \left(\frac{5}{2}\right) = \frac{1}{2}\,. (c) Since ∫05f(x) dx=52\int_0^5 f(x) \, dx = \frac{5}{2}, we need a function gg that matches ff but that is also defined on [5,7][5,7] so that ∫57g(x) dx=−52\int_5^7 g(x) \, dx = -\frac{5}{2}. To preserve continuity, we will choose a formula for gg that also satisfies g(5)=0g(5) = 0. It's natural to pick a linear function whose graph encloses 5/25/2 units of area, so one that has a slope of 5/45/4. To check, we compute ∫57−54(x−5) dx=−(54)(x22−5x)∣57=−(54)(49−252−5(7−5))=−(54)(12−10)=−(54)(2)=−52 .\begin{aligned}\int_5^7 -\frac{5}{4}(x - 5) \, dx &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left. \left(\frac{x^2}{2} - 5x\right) \right|_5^7 \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( \frac{49-25}{2} - 5(7-5) \right) \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( 12 - 10 \right) \\ &= -\left(\frac{5}{4}\right) \left( 2 \right) = -\frac{5}{2}\end{aligned}\,. So gg defined so that g(x)=f(x)g(x) = f(x) for 0≤x<50 \le x < 5 and g(x)=−54(x−5)g(x) = -\frac{5}{4}(x - 5) on 5≤x≤75 \le x \le 7 has the desired property. A graph of gg is shown in the figure below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 7번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
438.Active Calculus · 4.4절 · 13번우리말 번역

항공기가 가능한 한 빠르게 상승하려고 할 때, 높은 고도일수록 공기가 희박하기 때문에 상승률(단위: 피트/분)은 고도가 높아짐에 따라 감소합니다. 아래는 어떤 단발 엔진 항공기의 성능 자료를 나타낸 표로, 여러 고도에서의 상승률을 보여 줍니다. 여기서 c(h)c(h) 는 고도 hh 에서의 비행기의 상승률을 나타냅니다.

hh (피트) 00 10001000 20002000 30003000 40004000 50005000 60006000 70007000 80008000 90009000 10,00010{,}000
cc (피트/분) 925925 875875 830830 780780 730730 685685 635635 585585 535535 490490 440440

고도 hh 에 있는 비행기가 다음 1피트를 더 상승하는 데 필요한 시간(분)을 나타내는 새로운 함수 m(h)m(h) 를 생각하세요.

(a) m(h)m(h) 에 대한 비슷한 값의 표를 만들고, 이 표가 위의 표와 어떤 관계가 있는지 설명하세요. 단위도 반드시 설명하세요. (b) 도함수가 m(h)m(h) 인 함수를 정확하게 해석하세요. 입력은 무엇이고 출력은 무엇인지 설명하세요. 또한 이 함수가 우리에게 알려 주는 것이 무엇인지 쉬운 말로 설명하세요. (c) 그 값이 비행기가 고도 10,000피트까지 상승하는 데 필요한 시간(분)을 정확히 알려 주는 정적분을 구하세요. 이 정적분의 값이 왜 그러한 의미를 갖는지 분명하게 설명하세요. (d) 리만 합 M5M_5 를 이용하여 (c)에서 구한 정적분의 값을 어림하세요. 결과에 단위를 포함하세요.

영어 원문 보기

When an aircraft attempts to climb as rapidly as possible, its climb rate (in feet per minute) decreases as altitude increases, because the air is less dense at higher altitudes. Given below is a table showing performance data for a certain single engine aircraft, giving its climb rate at various altitudes, where c(h)c(h) denotes the climb rate of the airplane at an altitude hh.

hh (feet) 00 10001000 20002000 30003000 40004000 50005000 60006000 70007000 80008000 90009000 10,00010{,}000
cc (ft/min) 925925 875875 830830 780780 730730 685685 635635 585585 535535 490490 440440

Let a new function called m(h)m(h) measure the number of minutes required for a plane at altitude hh to climb the next foot of altitude.

(a) Determine a similar table of values for m(h)m(h) and explain how it is related to the table above. Be sure to explain the units. (b) Give a careful interpretation of a function whose derivative is m(h)m(h). Describe what the input is and what the output is. Also, explain in plain English what the function tells us. (c) Determine a definite integral whose value tells us exactly the number of minutes required for the airplane to ascend to 10,000 feet of altitude. Clearly explain why the value of this integral has the required meaning. (d) Use the Riemann sum M5M_5 to estimate the value of the integral you found in (c). Include units on your result.

정답·풀이 보기

(a) 주어진 상승률 c(h)c(h) 의 단위는 피트/분이고, 새 함수 m(h)m(h) 의 단위는 분/피트이므로 m(h)m(h) 는 c(h)c(h) 의 역수이다. 즉 m(h)=1c(h)m(h) = \frac{1}{c(h)} 이다. 따라서 다음과 같이 보완된 표를 얻는다.

hh (피트) 00 10001000 20002000 30003000 40004000 50005000 60006000 70007000 80008000 90009000 10,00010{,}000
cc (피트/분) 925925 875875 830830 780780 730730 685685 635635 585585 535535 490490 440440
mm (분/피트) 1925\frac{1}{925} 1875\frac{1}{875} 1830\frac{1}{830} 1780\frac{1}{780} 1730\frac{1}{730} 1685\frac{1}{685} 1635\frac{1}{635} 1585\frac{1}{585} 1535\frac{1}{535} 1490\frac{1}{490} 1440\frac{1}{440}
(b) 어떤 함수가 주어졌을 때, 그 도함수의 단위는 “입력 단위당 출력 단위”임을 알고 있다. m(h)m(h) 의 단위가 “분/피트”이고 입력 단위가 “피트”이므로, m(h)m(h) 의 원시함수의 출력 단위는 “분”이어야 한다. 따라서 이 원시함수는 비행기가 hh 피트의 고도까지 상승하는 데 걸리는 총 시간(분)을 알려 준다.
(c) 비행기가 10,00010{,}000 피트의 고도까지 상승하는 데 필요한 시간(분)은 다음 정적분으로 주어진다.
M=∫010000m(h) dhM = \int_{0}^{10000} m(h) \, dh
이는 m(h)m(h) 의 단위가 “분/피트”이고 대응하는 리만 합에서 △h\triangle h 의 단위가 “피트”이므로, 이 단위를 가진 양들의 곱은 분 단위로 측정되는 수치가 되기 때문이다.
(d) 리만 합 M5M_5 에서는 부분구간이 55 개이다. 주어진 자료에서 이는 알려진 자료점을 하나씩 건너뛰며 함수의 값을 구해야 한다는 뜻이다. 구체적으로,
∫010000m(h) dh≈M5=m(1000)⋅2000+m(3000)⋅2000+m(5000)⋅2000+m(7000)⋅2000+m(9000)⋅2000=(1875+1780+1685+1585+1490)⋅2000≈0.007634980475⋅2000≈15.27 .\begin{aligned}\int_{0}^{10000} m(h) \, dh &\approx M_5 \\ &= m(1000) \cdot 2000 + m(3000) \cdot 2000 + m(5000) \cdot 2000 \\ &+ m(7000) \cdot 2000 + m(9000) \cdot 2000 \\ &= \left( \frac{1}{875} + \frac{1}{780} + \frac{1}{685} + \frac{1}{585} + \frac{1}{490} \right) \cdot 2000 \\ &\approx 0.007634980475 \cdot 2000 \\ &\approx 15.27\end{aligned}\,. 따라서 비행기가 10,000피트의 고도까지 상승하는 데 1515 분보다 조금 더 걸린다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) Since the given climb rate, c(h)c(h), is in feet per minute, and the new function, m(h)m(h), is measured in minutes per foot, it follows that m(h)m(h) is the reciprocal of c(h)c(h), so m(h)=1c(h)m(h) = \frac{1}{c(h)}. Hence we get the following updated table.

hh (feet) 00 10001000 20002000 30003000 40004000 50005000 60006000 70007000 80008000 90009000 10,00010{,}000
cc (ft/min) 925925 875875 830830 780780 730730 685685 635635 585585 535535 490490 440440
mm (min/ft) 1925\frac{1}{925} 1875\frac{1}{875} 1830\frac{1}{830} 1780\frac{1}{780} 1730\frac{1}{730} 1685\frac{1}{685} 1635\frac{1}{635} 1585\frac{1}{585} 1535\frac{1}{535} 1490\frac{1}{490} 1440\frac{1}{440}
(b) Given an original function, we know that the units on its derivative are “units of input per unit of output”. Since the units on m(h)m(h) are “minutes per foot”, it follows that the antiderivative of m(h)m(h) should have output units of “minutes” since its input units are “feet”. The antiderivative function should thus tell us the total number of minutes that it takes for the plane to climb to an altitude of hh feet.
(c) The number of minutes required for the airplane to ascend to 10,00010{,}000 feet of altitude is given by the definite integral
M=∫010000m(h) dhM = \int_{0}^{10000} m(h) \, dh
since the units on m(h)m(h) are “minutes per foot” and the units on △h\triangle h in the corresponding Riemann sum are “feet”, so when we take the product of quantities with these units, the resulting numerical quantity is measured in minutes.
(d) For the Riemann sum M5M_5, we have 55 subintervals. Given the original data, this means that we need to evaluate the function at every other known data point. In particular,
∫010000m(h) dh≈M5=m(1000)⋅2000+m(3000)⋅2000+m(5000)⋅2000+m(7000)⋅2000+m(9000)⋅2000=(1875+1780+1685+1585+1490)⋅2000≈0.007634980475⋅2000≈15.27 .\begin{aligned}\int_{0}^{10000} m(h) \, dh &\approx M_5 \\ &= m(1000) \cdot 2000 + m(3000) \cdot 2000 + m(5000) \cdot 2000 \\ &+ m(7000) \cdot 2000 + m(9000) \cdot 2000 \\ &= \left( \frac{1}{875} + \frac{1}{780} + \frac{1}{685} + \frac{1}{585} + \frac{1}{490} \right) \cdot 2000 \\ &\approx 0.007634980475 \cdot 2000 \\ &\approx 15.27\end{aligned}\,. Thus, it takes the plane a bit more than 1515 minutes to climb to an altitude of 10,000 feet.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 50번
# 미적분의 기본정리그래프·표 해석자동 분류
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439.Active Calculus · 5.2절 · 5번우리말 번역

해변의 작은 해양 공원에서 조수가 모래를 해변에서 쓸어 가는 비율은 다음 함수로 나타낼 수 있다.

R(t)=2+5sin⁡(4πt25)R(t) = 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right)

양수 시설은 다음 함수로 나타낼 수 있는 비율로 해변에 모래를 보탠다.

S(t)=15t1+3tS(t) = \frac{15t}{1+3t}

R(t)R(t) 와 S(t)S(t) 는 모두 시간당 모래의 세제곱야드 단위로 측정하고, tt 는 시간 단위로 측정하며, 유효한 시간은 0≤t≤60 \le t \le 6 이다. 시각 t=0t = 0 일 때 해변에는 2500 세제곱야드의 모래가 있다.

(a) 시간 구간 0≤t≤60 \le t \le 6 동안 조수가 쓸어 가는 모래의 양을 나타내는 정적분은 무엇입니까? 그 이유는 무엇입니까? (b) 시각 xx 에서 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)인 Y(x)Y(x) 에 대한 식을 쓰세요. 생각과 추론 과정을 자세히 설명하세요. (c) 시각 t=4t = 4 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)은 순간적으로 얼마의 비율로 변하고 있는지 구하세요. (d) 시간 구간 0≤t≤60 \le t \le 6 에서 해변의 모래의 양이 가장 적은 때는 대략 언제 tt 입니까? 그에 해당하는 최솟값은 대략 얼마입니까? 답을 충분히 설명하고 정당화하세요.

영어 원문 보기

The tide removes sand from the beach at a small ocean park at a rate modeled by the function

R(t)=2+5sin⁡(4πt25)R(t) = 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right)

A pumping station adds sand to the beach at rate modeled by the function

S(t)=15t1+3tS(t) = \frac{15t}{1+3t}

Both R(t)R(t) and S(t)S(t) are measured in cubic yards of sand per hour, tt is measured in hours, and the valid times are 0≤t≤60 \le t \le 6. At time t=0t = 0, the beach holds 2500 cubic yards of sand.

(a) What definite integral measures how much sand the tide will remove during the time period 0≤t≤60 \le t \le 6? Why? (b) Write an expression for Y(x)Y(x), the total number of cubic yards of sand on the beach at time xx. Carefully explain your thinking and reasoning. (c) At what instantaneous rate is the total number of cubic yards of sand on the beach at time t=4t = 4 changing? (d) Over the time interval 0≤t≤60 \le t \le 6, at approximately what time tt is the amount of sand on the beach least? What is the corresponding approximate minimum value? Explain and justify your answers fully.

정답·풀이 보기

(a) 조수는 시간당 R(t)=2+5sin⁡(4πt25)R(t) = 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) 세제곱야드의 비율로 모래를 쓸어 가므로, 시간 구간 [0,6][0,6] 에서 R(t)⋅△tR(t) \cdot \triangle t 의 단위가 "세제곱야드"임을 생각하면, 이 시간 구간 동안 쓸려 간 모래의 총량은 다음과 같다. ∫06[2+5sin⁡(4πt25)] dt .\int_0^6 \left[2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) \right] \, dt\,. (b) 모래가 쓸려 가기도 하고 보태지기도 하므로, 주어진 시각 tt 까지 더해지거나 빠진 모래의 총량은 모래가 보태지는 비율과 쓸려 가는 비율의 차를 적분하여 구할 수 있다. 특히 해변에 있는 모래의 총변화량은 변화율의 정적분이므로, 시각 xx 에서 해변에 있는 모래의 총량은 처음 양(2500 세제곱야드)에 총변화량을 더한 것과 같다. Y(x)=2500+∫0x[S(t)−R(t)] dt=2500+∫0x[15t1+3t−(2+5sin⁡(4πt25))] dt .Y(x) = 2500 + \int_0^x \left[ S(t) - R(t) \right] \, dt = 2500 + \int_0^x \left[ \frac{15t}{1+3t} - \left( 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) \right) \right] \, dt\,. (c) Y(x)Y(x) 는 시각 xx 에서 해변에 있는 모래의 총량을 나타낸다는 것을 안다. 따라서 시각 t=4t=4 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)의 순간변화율은 Y′(4)Y'(4) 이다. 먼저 Y′(x)Y'(x) 를 구한다. 미적분의 기본정리 제2부분에 의해 Y′(x)=S(x)−R(x) ,Y'(x) = S(x) - R(x)\,, 이므로 Y′(4)=S(4)−R(4)≈−1.90875Y'(4) = S(4) - R(4) \approx -1.90875 세제곱야드/시간이다. (d) 모래의 총량 함수 Y(x)Y(x) 가 [0,6][0,6] 에서 최솟값을 갖는 곳을 찾기 위해 Y′(x)=S(x)−R(x)Y'(x) = S(x) - R(x) 의 변화를 살펴본다. 이 구간에서 Y′(x)Y'(x) 의 그래프를 그려 보면 x≈5.118x \approx 5.118 에서 Y′(x)=0Y'(x) = 0 이고, 0≤x<5.1180 \le x < 5.118 에서는 Y′(x)<0Y'(x) < 0, 5.118<x≤65.118 < x \le 6 에서는 Y′(x)>0Y'(x) > 0 임을 알 수 있다. 따라서 YY 는 x≈5.118x \approx 5.118 에서 감소하다가 증가로 바뀌므로 구간 [0,6][0,6] 에서 그 지점에서 최솟값을 가진다. 또한 Y(5.118)≈2492.368Y(5.118) \approx 2492.368 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since the tide removes sand at a rate of R(t)=2+5sin⁡(4πt25)R(t) = 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) cubic yards of sand per hour, on the time interval [0,6][0,6], it follows that since the units on R(t)⋅△tR(t) \cdot \triangle t are “cubic yards”, the total sand removed on this time interval is ∫06[2+5sin⁡(4πt25)] dt .\int_0^6 \left[2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) \right] \, dt\,. (b) Because sand is being both removed and added, we can determine the total amount of sand that has been added or subtracted up to a given time tt by integrating the difference between the the rates at which sand is being added and removed. In particular, since the total change in sand on the beach is the integral of the rate of change, we have that the total amount of sand on the beach at time xx is given by the original amount (2500 cubic yards) plus the total change: Y(x)=2500+∫0x[S(t)−R(t)] dt=2500+∫0x[15t1+3t−(2+5sin⁡(4πt25))] dt .Y(x) = 2500 + \int_0^x \left[ S(t) - R(t) \right] \, dt = 2500 + \int_0^x \left[ \frac{15t}{1+3t} - \left( 2 + 5\sin \left( \frac{4\pi t}{25} \right) \right) \right] \, dt\,. (c) We know that Y(x)Y(x) measures the total amount of sand on the beach at time xx. Thus, the instantaneous rate at which the total number of cubic yards of sand on the beach is changing at time t=4t=4 is given by Y′(4)Y'(4). We first compute Y′(x)Y'(x). By the Second Fundamental Theorem of Calculus, we have Y′(x)=S(x)−R(x) ,Y'(x) = S(x) - R(x)\,, and thus Y′(4)=S(4)−R(4)≈−1.90875Y'(4) = S(4) - R(4) \approx -1.90875 cubic yards per hour. (d) To find where the total sand function Y(x)Y(x) has its minimum value on [0,6][0,6], we look at the behavior of Y′(x)=S(x)−R(x)Y'(x) = S(x) - R(x). Plotting Y′(x)Y'(x) on the interval, we see that Y′(x)=0Y'(x) = 0 at x≈5.118x \approx 5.118, and for 0≤x<5.1180 \le x < 5.118, Y′(x)<0Y'(x) < 0, and for 5.118<x≤65.118 < x \le 6, Y′(x)>0Y'(x) > 0. Thus, YY changes from decreasing to increasing at x≈5.118x \approx 5.118 and has an absolute minimum there on the interval [0,6][0,6]. Furthermore, Y(5.118)≈2492.368Y(5.118) \approx 2492.368.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 14번
# 정적분으로 나타낸 함수증명·논술자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)